Portal Grid para la Docencia Universitaria

8/14/2019 Portal Grid para la Docencia Universitaria

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Resumen El presente trabajo describeel diseo y desarrollo deun portal web aplicando la tecnologa de computacin grid; para

Palabras clave Computacin Grid, Sistemas distribuidos,Middleware, Clster.

los

laboratorios de las licenciaturas en sistemas computacionales e

ingeniero en computacin de la facultad de ingeniera en la

Universidad Autnoma de Baja California (UABC), explica

brevemente la tecnologa grid y la idea primordial del proyecto

enfatizando cada fase y la configuracin del portal, que se basara

en utilizar el protocolo http, diseo de paginas web para el accesoa la red grid con sus respectivas medidas de seguridad de

autenticacin y la aplicacin de Globus Toolkit para la

administracin de los recursos disponibles, concluyendo con los

pros y contras encontrados hasta el momento en la utilizacin de estatecnologa.

I. INTRODUCCIN

a necesidad de aprovechar los recursos disponibles

conectados a Internet en forma geogrficamente

distribuida y la simplificacin de su utilizacin, ha dado lugar

a una nueva disciplina en tecnologa de sistemas distribuidos,

conocida como COMPUTACION GRID (Grid Computing).El concepto de Grid ha surgido en los ltimos aos para

denominar un conjunto de recursos computacionales

heterogneos distribuidos y pertenecientes a distintas

organizaciones [1] [9].

Es un concepto anlogo a las redes de suministro elctrico: el

cual ofrece un nico punto de acceso a un conjunto de recursos

distribuidos geogrficamente en diferentes dominios de

administracin (supercomputadoras, clusters, almacenamiento,

fuentes de informacin, instrumentos, personal, bases de datos,

programas, hardware, etc.).

As los sistemas distribuidos se pueden emplear como un

nico sistema virtual en aplicaciones intensivas de datos o con

gran demanda computacional [6].La Grid permite que instituciones de menos recursos tengan

acceso a poder computacional de forma remota, o que diversas

instituciones puedan unir sus recursos computacionales para

obtener uno ms poderoso [9].Esta potente tecnologa parece una ficcin, pero la marcha a

una Grid Mundial cada da se hace ms real. Pues existen

L. Lamadrid imparte docencia en el Programa de Licenciados en Sistemas

dentro de la Facultad de Ingeniera Mexicali, Universidad Autnoma de Baja

California, Mexicali B.C. Mxico (correo e.:[email protected]).

muchos mini-grids para el desarrollo de investigacin, como se

puede observar algunos en la siguiente Figura 1 y las

aplicaciones en la Figura 2 [2].

Figura 1. Origen y desarrollo de la Grid Computing

Figura 2. Campos de Aplicacin

Con esta tecnologa se obtiene un punto de inflexin en los

proyectos de sper computacin sobre todo en el mbito

estudiantil, profesional y cientfico, en donde los recursos

experimentales y humanos tienen un costo elevado y ademsrequieren un nivel de optimizacin de gran escala [2].

La intencin es que con la tecnologa Grid se afronten

proyectos de investigacin y retos tecnolgicos aprovechando

los centros de cmputo disponibles para que al compartir

recursos, los resultados sean en menor tiempo y con una

reduccin de costos notables, adems de obtener la

colaboracin de profesionistas en forma multidisciplinaria y a

nivel usuario se tiene una visin global de la red Grid como se

muestra en la Figura 3 [2].

Diseo y desarrollo de un Portal Grid para ladocencia universitaria

M.C. Lissethe Lamadrid Lpez

Universidad Autnoma de Baja California

L
mailto:[email protected]:[email protected]:[email protected]:[email protected]


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Figura 3. Visualizacin de la Grid a nivel de usuario

La tecnologa Grid plantea el aprovechar de modo optimo los

recursos proporcionados por equipos de computacin

distribuidos mediante el uso de (software) adecuado para

planificar su utilizacin teniendo en cuenta las prioridades y

diferentes periodos de demanda de los usuarios.

Consta de una arquitectura abierta basada en un estndar que

facilita la extensibilidad, la interoperabilidad, la portabilidad, y

la comparacin de cdigo. Se dice que es una arquitectura deprotocolos ya que se definen los mecanismos bsicos que

permiten a los usuarios y a los recursos negociar, establecer,

gestionar y explotar la comparticin de recursos. La

arquitectura formada por Grid permite utilizar los recursos de

procesamiento propios de la empresa, sin tener que invertir

ms en adquirir capacidad extra de procesamiento. La

Arquitectura de la Grid presenta 5 niveles y podemos describir

la arquitectura Grid en trminos de capas donde cada una

proveer funciones especficas. Las capas ms altas de esta

estructura se enfocan y acercan ms a la relacin directa con el

usuario, mientras que las de nivel ms bajo se aproximan al

hardware, es decir a las computadoras y redes, como

apreciamos en la Figura 4.

Figura 4. Niveles de la Arquitectura del Grid Computing.

Por otra parte tenemos que considerar la importancia de

Globus Toolkit que es el middleware de la Grid, es decir una

interface que se ubica entre los recursos finales y la aplicacin

del usuario. Esta herramienta ha surgido como el estndar de

facto para aplicaciones Grid. Los recursos que maneja son:

1. La gestin de recursos (Protocolo de Gestin de

Recursos en Rejilla o Grid Resource Management

Protocol)

2. Servicios de Informacin (Servicio de Descubrimiento

y Monitorizacin o Monitoring and Discovery

Service)

3. Gestin y Movimiento de Datos (Acceso Global alAlmacenamiento Secundario, Global Access to

secondary Storage y FTP en grilla, GridFTP)

Este esfuerzo a nivel de software ha dado como resultado el

Globus Toolkit, el Toolkit adems incluye software

relacionado con seguridad, informacin y manejo de recursos

e intercambio de datos [2].

Esta herramienta es una mezcla de C con Java, Globus afirma

que sigue el estndar OGSI (Open Grid Services

Infrastructure), adems es libre y esta soportado por los

sistemas operativos Linux, Solaris, IRIX, etc. [2].

Utilizando la versin 3.0 (GT3), se tiene la siguiente Tabla 1

donde se describen las capas que conforman su estructura [3].

Tabla 1. Descripcin de capas de la estructura de GT3La evolucin de las redes de comunicacin de alta velocidad

dedicadas a la investigacin han creado un escenario idneo

para el despliegue de esta tecnologa, y aunque en Mxico no

est desarrollada a plenitud, ya se tienen proyectos en la

Universidad Autnoma de Mxico (UNAM), CINVESTAV,

CICESE, la Universidad de Guadalajara (UDG) por mencionar

algunas en nuestro pas, quienes ya tienen avances prcticos en

redes grid aplicndola en reas como las matemticas [8].

La coordinacin de recursos geogrficamente distribuidos no

estn sujetos a un control centralizado, utilizan protocolos e

interfaces basados en estndares abiertos y de propsito

general y permiten interconectar recursos en diferentes

dominios de administracin respetando polticas internas de

seguridad, y con ello optimizando tiempo y costos de inversin

tecnolgica. La tecnologa Grid se enfoca en que se puedan

compartir los recursos de forma coordinada y aportar una

solucin al problema en organizaciones virtuales multi

institucionales. El sharing (compartir) que maneja no es el

mero intercambio de archivos de forma exclusiva sino que

tambin importa el acceso directo a procesadores, programas,

datos y otros recursos como sean requeridos en la solucin a

Servicios de Gestin

Gestin de Grandes

cantidades de datos, y

servicios que nos son del

GT3.

Servicios bsicos

Gestin de trabajos,

servicios de directorio y

monitorizacin, y los de

transferencia de ficheros.

Servicios de SeguridadGSI, Grid Security

Infraestructure

Ncleo:

Factoras de recursos,

servicio de notificaciones,

servicio de persistencia y

servicio de ciclo de vida.


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problemas y estrategias que emergen de la industria, la ciencia,

la educacin y la ingeniera. Debe efectuarse a travs de altos

controles a proveedores de recursos y consumidores

definiendo de forma clara y cuidadosa qu recursos

compartieron, quin est habilitado a compartir y las

condiciones bajo las cuales se efectuar. El conjunto de

individuos y/o instituciones definidas por las reglas de sharing

forman lo que llamamos organizaciones virtuales que desdeahora las llamaremos como OV como se observa en lasiguiente Figura 5 [5] [9].

Figura 5. Organizaciones Virtuales

Las OV se componen de aquellas instituciones, individuos y

organizaciones que comparten un objetivo comn. Para lograr

este objetivo recurren a compartir sus recursos lo cual significa

el acceso directo a computadoras, programas, archivos, datos,

sensores y redes. A esto denominamos sharing y el mismodebe estar controlado, ser seguro, flexible y a menudo limitado

en un cierto tiempo. En el caso de Grid, cada nodo tiene su

propio manejador de recursos y su objeto no es proveer un

sistema de vista singular. El sharing de los recursos es

condicional: cada dueo de los recursos hace disponible el

mismo sujeto a condiciones de cundo, dnde, y qu es lo que

puede realizarse. Los consumidores de recursos pueden

colocar condiciones en propiedades de los recursos para los

cuales ellos estn preparados para trabajar. Un mismo recurso

puede usarse de diversas formas dependiendo de lasrestricciones situadas en el lugar desde donde se comparten y

sus objetivos. Por ejemplo una computadora puede usarse

solamente para correr piezas de software especficas en un

arreglo de sharing mientras que ste puede proveer ciclos

genricos de operacin en otra. Tambin debemos mencionar

los servicios que se definen por el o los protocolo con el que

habla y el comportamiento que implementa. La definicin de

servicio estndar (de acceso a computacin, datos,

descubrimiento de recursos, replicacin de datos y ms) nos

permite mejorar los servicios ofrecidos a participantes de las

OV y tambin abstraer de detalles especficos de los recursosque de otra forma deberan ser posteriores al desarrollo de

aplicaciones para OV[9].

II. DESARROLLO DEL PROYECTO

Proyecto. En la Facultad de Ingeniera de la UABC, nace lainquietud de aprovechar la infraestructura tecnolgica de los

laboratorios que dan soporte a la educacin de las

licenciaturas. Para ello se parte de un diseo bsico para

compartir recursos localmente entre dos de sus 7 laboratorios,

teniendo como objetivo aprovechar el hardware y software

con el que se dispone, reduciendo as los costos de inversin y

optimizando tiempos de aprendizaje de las asignaturas y

agilizando los accesos demandados por los estudiantes en

horas pico. Mediante el uso del software adecuado para

planificar su utilizacin, teniendo en cuenta prioridades y

diferentes periodos de demanda de los usuarios que en este

caso son acadmicos y alumnos, se aplica la tecnologa Grid.Estamos diseando y desarrollando un portal Web, con

objeto de proporcionar a la comunidad estudiantil de las

herramientas necesarias para el acceso a los recursos

computacionales de forma eficiente, transparente y segura. Se

coordinando los recursos que no estn sujetos a un control

centralizado, tomando en cuenta planes de estudio de las dos

licenciaturas y puntos en comn de las asignaturas, utilizamos

protocolos e interfaces basados en estndares abiertos y de

propsito general, como lo sugiere este paradigma, respetando

las polticas internas en este caso de cada laboratorio quefungir como una organizacin virtual.

Para el diseo y desarrollo del proyecto, se tiene el portal de

acceso a la informacin, mediante la realizacin de una base

de datos con la configuracin de directivas y variables de

entorno del protocolo SSL; en el portal se considera

privacidad y seguridad de la informacin mediante la

autenticacin de sus usuarios, la criptografa, utilizando los

protocolos de Secure Sockets Layer (SSL), y Transport Layer

Security (TLS). Actualmente tenemos instalado el Sistema

Operativo Linux 3 y servidores Apache, se tendrn una serie

de mdulos diseados para mejorar la funcionalidad del

sistema Grid, utilizando parmetros de configuracin para los

diferentes tipos de nodos que se instalaran basndose en

servicios Globus y la distribucin de archivos de diseo y

programacin de las paginas Web del portal y los mdulos

desarrollados para la integracin con los servicios Globus. El

portal se desarrolla en cuatro fases:

A. El diseo y configuracin del portal asociada al acceso

autorizado,

B. La programacin relativa a los servicios proporcionados

por el portal,

C. La parte que se encarga de la integracin de los servicios

Globus y los recursos a compartir.D. Nos enfocaremos a la sesin de logout de todo el servicio

Grid.

A. Diseo y Configuracin del portal

Se analiza la configuracin para el portal basndose en el

acceso al portal que girara bsicamente en la utilizacin del

protocolo http, el cual utiliza un canal cifrado en SecureSockets Layer (SSL). La direccin Web correspondiente alportal es http://gridfacin.delfin.uabc.mx y considerando
http://gridfacin.delfin.uabc.mx/http://gridfacin.delfin.uabc.mx/http://gridfacin.delfin.uabc.mx/


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prioridades de acceso a la red grid por cada organizacin

virtual.El portal proporcionara autenticacin y privacidad de toda la

informacin mediante el uso de criptografa, utilizando los

protocolos Secure Socket Layer (SSL). La autenticacin ser

tanto para el servidor como para los clientes, es decir tanto

para maestros como para alumnos, utilizando claves pblicas,

las cuales sern para alumnos su matrcula y un anexo y paradocentes su nmero empleado y un anexo el cual ser definido

por cada usuario. Los protocolos permiten a las aplicaciones

cliente-servidor comunicarse de una forma segura. El

protocolo SSL proporciona una serie de fases bsicas que

tomaremos en cuenta:

(i) negociar entre las partes el algoritmo que se usara en la

comunicacin,

(ii) intercambio de claves publicas y autenticacin basada en

certificados digitales y

(iii) encriptacin del trfico basado en cifrado simtrico.

Durante esta fase el cliente y el servidor negociaran que

algoritmos criptogrficos van a utilizar. Se utiliza HTTPS para

asegurar paginas World Wide Web para aplicaciones como

correo electrnico, utilizando certificados de clave publica

para as verificar la identidad de los agentes externos. Aunque

un gran numero de productos clientes y servidores pueden

proporcionar SSL de forma nativa, muchos aun no lo permiten.

Se deber tener en cuenta para estos casos un puerto diferente

para encriptar las comunicaciones. Se intentara utilizar SSL

para crear la red privada virtual (VPN) y poder as facilitar la

seguridad de los recursos [4].

El acceso a la informacin de las pginas Web y de los

mdulos que se programan, se realiza en base a laconfiguracin de directivas del servidor Web, dentro del

conjunto de directivas que se definen en los archivos de

configuracin del servidor se tienen las siguientes:

Las directivas de configuracin global

* Directorio de nivel superior, donde estn ubicados los

archivos de configuracin (ServerRoot /etc/httpd)

* Tiempo lmite de respuesta del servidor para una peticin

que sera en segundos (Timeout 300)

* Incluir los archivos de configuracin correspondientes a los

mdulos SSL y Perl (Include conf.d/*.conf)

* Directorio de correo electrnico del administrador del

servidor Web (ServerAdmin manager@ delfin.uabc.mx)*Nombre del Servidor (ServerName gridfacin.delfin.uabc.mx)

*Identificacin de peticiones utilizando valores especificado

en ServerName (UseCanonicalName On)

*Directorio de nivel superior, donde se ubican las pginas

Web (DocumentRoot /home/web/https)

*Directorio correspondiente a las aplicaciones que puede

ejecutar el servidor Web (ScriptAlias /globus/

/home/web/globus/)

*Archivo con la informacin de control de acceso al directorio

donde est ubicado (AccessFileName .htaccess)

*Deshabilitar el acceso a las areas de usuario (UserDir

disable)

Y as debemos seguir con las directivas de configuracin SSL,

como:

Cargar el modulo Dynamic Share Object (DSO) que le

corresponde ( LoadModule ssl_module modules/mod_ssl.so)

Definir el Host Virtual para el protocolo https

()

Activar el modulo SSL (SSLEngine on)Definir el puerto de comunicaciones para la aceptacin de

peticiones ( Listen 443)

Archivo/fichero que contiene el certificado, codificado en

formato PEM del servidor

(SSLCertificateFile /etc/httpd/conf/ssl.crt/server.crt)

Archivo que contiene la clave privada del servidor (codificada

en format PEM)

(SSLCertificateKeyFile /etc/httpd/conf/ssl.pem/server.pem)

La autenticacin del cliente no es requerida por default

(SSLVerifyClient none)

Proporcionar el conjunto de variables de entorno SSL para

ScriptAlias

SSLOptions +StdEnvVars

Directorio donde se requiere un certificado valido para la

autentificacin del cliente

La directive SSLVerifyClient establece el nivel de acreditacin

del usuario (SSLVerifyClient optional) y se configura con

optional, para que el usuario pueda presentar el certificado

valido cuando le sea requerido y si el usuario no tiene

instalado en su navegador un certificado valido, no podr teneracceso a este directorio

SSLVerifyDepth 1

SSLCACertificateFile /etc/httpd/conf/ssl.crt/ca.crt

Tambin tenemos el proceso para la generacin del certificado

para el servidor Web, las directivas de configuracin de Perl,

la configuracin de directorios; adems se especifican las

variables de entorno SSL y configuran los directorios para que

en este se genere la distribucin de los archivos

correspondiente al diseo y programacin de la pgina Web

del portal y los mdulos que se desarrollen para integrar todocon los servicios de Globus ToolKit. Para el diseo de las

pginas Web se utilizan las hojas en cascada, por ser mas

comnmente utilizado para la presentacin de documentos

HTML o XML. Para el acceso de autorizacin se desarrollan

las pginas Web correspondientes al acceso a los recursos

Grid, teniendo como objetivo en esta fase proporcionar al

usuario toda la informacin necesaria para el acceso a los

servicios Globus que el portal proporciona, como serian las

instrucciones de acceso. Hasta este momento estamos

inmersos en la fase I el diseo de las pginas web, se

generan pginas de interfaces de uso, altas de organizaciones


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virtuales para ir anexando a los laboratorios restantes,

solicitudes de certificados, solicitudes de cuenta de usuario.

B. la programacin es relativa a los serviciosproporcionados por el portal, se desarrollaran paginas paramostrar los servicios y los recursos disponibles, entre los

cuales tenemos el compartir software comn para administrar

bases de datos de los estudiantes, e impartir materias en comn

como las asignaturas de bases de datos I y II, simulacin, redes

I y II, y las asignaturas de programacin.C. la parte que se encarga de la integracin de los serviciosGlobus y los recursos a compartir y tendremos el desarrollode pginas Web para enviar y recibir trabajos y mostrar lo

relacionado con ellos, como estado e informacin de los

trabajos y su monitoreo en general y por ultimo en la fase IV

D. nos enfocaremos a la sesin de logout de todo el servicioGrid.Como podemos apreciar este proyecto llevara algn tiempo

de desarrollo de pginas por una parte y por otra la

implementacin y utilizacin de la herramienta Globus. En

este proyecto participan catedrticos y estudiantes de la etapa

disciplinaria de las carreras de Licenciados en Sistemas

Computacionales e Ingeniera en Computacin.

III. CONCLUSIONES

Hasta el momento tenemos el diseo y la prctica de

desarrollo de pginas web de la fase I orientadas hacia las

organizaciones virtuales en donde nos percatamos de que

programar pensando en tecnologa Grid no es igual que si

pensamos en portales para internet ya que el servicio que se

pretende va mas all del simple uso del protocolo http. En

aplicaciones previas de la tecnologa grid el desarrollo se

parece mucho al internet avanzado, sin embargo, no debe

confundirse con la propuesta que las redes grid atraen a la

globalizacin tecnolgica en sistemas distribuidos. El diseo

de portales grid implica la utilizacin avanzada de laingeniera de software y de herramientas case que ya preveen

este futuro inmediato. La herramienta Globus Toolkit es una

implementacin de cdigo abierto y es posible descargarlo de

la pgina www.globus.org/toolkit en donde se encontrara la

versin actualizada. Las soluciones ofrecidas por compaas

dedicadas a los grid utilizan los mismos estndares para

aprovechar las ventajas del creciente mercado y resolver

problemas de infraestructura o de aplicacin especfica, nos

falta mucho por descubrir y poner en prctica, pero sabemos

que la docencia universitaria y la propuesta del portal grid va

ms all del saln de clases.

IV. Referencias[1] Ponencia Servicios de asignacin y planificacin de

recursos grid A. Fernndez, E. Heymann, J Salt y M.A.

Senar.

[2] Clustering y Grid computing, Snchez Enrquez, Heider

Ysaias; 30/Sept 2007, Escuela de Informtica/ Universidad

Nacional de Trujillo.

[3] I. Foster, C. Kesselman, Globus: A Metacomputing

Infrastructure Toolkit, International Journal of

Supercomputer Applications, vol 11 no.2, 1997

[4]Ahmar Abbas, Grid Computing: A practical Guide to

technology and Applications, Charles River Media Inc, 2004

[5]Gua Rpida de Internet, David Zurdo Saiz, Alejandro

Sicilia Burgoa, Fernando Acevedo Quero, Paraninfo. Madrid.

1997.

[6]Vidal Daz Prado, LA ESTRUCTURA DE LA GRID

COMPUTING, Universidad Autmata de Nuevo Len-

Mxico, 2005.

[7]Vernica V. Barrios, GRID COMPUTING, UniversidadNacional de Nordeste Argentina, 2005.

[8] CONSTRGRID INTERENMXICO, UNAM, 2004,

Presentacin en Power Point

[9] Santinelli Mariano, Andre Gustavo, apuntes de

Teleinformtica y Redes, Universidad Nacional de Lujn.

Lissethe Lamadrid Realizoestudios en el Centrode Enseanza Tcnica y Superior, Cetys-

Universidad en Mexicali, Baja California, Mxico

la Licenciatura en Sistemas Computacionales en

1988 y obtiene el grado de Maestra en Ciencias

de Tecnologa de Redes e Informtica en el 2004.

En 1987 y 1988 ejerci prcticas profesionales comoprogramadora de sistemas en el departamento de informtica

del Colegio de Bachilleres de Baja California en Mexicali,

Baja California Mxico; se integra a la docencia en la

Universidad Autnoma de Baja california en Mxico

directamente en la Facultad de Ingeniera en el rea de

sistemas y en Facultad de Ciencias Administrativas en Tijuana;

trabaja como docente y coordinadora de la Licenciatura en

sistemas computacionales en la misma universidad de 1995 a

1998. En el 2000 Crea el Departamento de Informtica del

Sindicato de Profesores Superacin Universitaria de la

Universidad Autnoma de Baja California, (UABC) en

Mxico y disea los proyectos de los sistemas de informacin

a nivel estado del mismo departamento fungiendo comoDirectora de informtica y Secretaria de Finanzas. Su rea de

especialidad son las bases de datos y sistemas distribuidos,

coordinadora del rea de redes dentro de la Licenciatura en

Sistemas Computacionales en el 2007 y catedrtica de tiempo

completo actualmente.
http://www.globus.org/toolkithttp://www.globus.org/toolkithttp://www.globus.org/toolkit

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